Transcript Document 7537181

Veselības zinātņu maģistra studiju programma
uzturzinātnē
Studiju kurss: Jaunā un ģenētiski modificētā pārtika
ĢENĒTISKI MODIFICĒTĀ PĀRTIKA
INDRIĶIS MUIŽNIEKS,
Rīga, 2007. gada marts
ĢENĒTISKI MODIFICĒTĀS PĀRTIKAS VEIDI
Tēmu apgūstot paredzēts:
• noskaidrot galvenās īpašības, kuras ar ĢM palīdzību tiek
veidotas pārtikas produktos;
• iegūt izpratni par pārtikas produktā saglabājamo un
nesaglabājamo ģenētiskās modifikācijas daļu;
• apgūt zināšanas par pārtikas ražošanā izmantojamo ĢM
mikroorganismu daudzveidību un ar to palīdzību
iegūstamajiem produktiem;
• noskaidrot dzīvnieku ģenētiskās modifikācijas un
dzīvnieku klonēšanas savstarpējo sakarību;
• apgūt zināšanas par pārtikas ražošanā izmantojamo ĢM
dzīvnieku daudzveidību un ar to palīdzību iegūstamajiem
produktiem.
Īpašības, kuras veido ar ĢM palīdzību
Īpašības, kuras veido ar ĢM palīdzību
Endogēno gēnu ekspresijas modifikācija:
- gēnu darbības pārtraukšana
antisenss RNS, ribozīmi, incerciju mutaģenēze
ar T-DNA, piem., tomātu poligalakturonidāze
- gēnu darbības pastiprināšana
Noderīgu pazīmju pārņemšana no citiem
organismiem
Īpašības, kuras veido ar ĢM palīdzību
Noderīgie gēni
Gēni, kas palīdz pārvarēt biotisko
stresu kukaiņu izturība;
vīrusu, baktēriju, mikroskopisko sēņu
un nematožu slimību rezistence;
izturība pret herbicīdiem.
Gēni, kas palīdz pārvarēt abiotisko
stresu -
Sausumu, aukstumu, karstumu, augstu
sāļu koncentrāciju, barības trūkumu.
Īpašības, kuras veido ar ĢM palīdzību
Noderīgie gēni
Bioloģisko īpašību uzlabošana
raža;
slāpekļa asimilācija;
cietes biosintēze;
O2 asimilācija.
Apstrādē noderīgas īpašības
saglabāšana;
specifiski komponenti.
Īpašības, kuras veido ar ĢM palīdzību
Noderīgie gēni
Kvalitātes uzlabošana :
Uzturvielas makro: proteīni, polisaharīdi, tauki, eļļas,
šķiedrvielas;
mikro: vitamīni, minerāli, antioksidatnti,
izoflavonoīdi, fitoestrogēni, tannīnu polimēri;
Alergēnu un toksīnu aizvākšana;
Garša tekstūra, konsistence;
Izskats
krāsa, forma, smarža.
http://www.ornamental-bioscience.com/start.htm
Joint venture between Germany-based Selecta
Klemm and US-based Mendel Biotechnology.
Ornamental Bioscience
Developing plants with greatly improved characteristics
Specific transcription protocols are developed for each species
Foundation and Stakeholders
Ornamental Bioscience was founded in 2006 as a joint venture between
Selecta Klemm, Germany one of the world's leading companies in the
breeding, manufacture and distribution of vegetative ornamental plants and
Mendel Biotechnology, United States, the world leader in isolating the
complex plant gene traits involved in drought, cold tolerance, pathogen
resistance and other useful characteristics.
Īpašības, kuras veido ar ĢM palīdzību
Noderīgie gēni
Jaunas īpašības -
uztura bagātinātāji,
terapeitiskais uzturs, vakcīnas.
Atjaunojamie resursi -
biodegviela, izejvielas sintētiskajiem
polimēriem.
Ksenobiotiku biodegradācija
ĢM PĀRTIKAS VEIDI
ĢM MIKROORGANISMUS VAI TO PRODUKTUS
SATUROŠA PĀRTIKA:
Nozīmīgākie procesi:
piena pārstrāde, dzērienu ražošana.
Izmantojamie organismi un produkti:
rekombinanti laktobaciļi, raugi, fermentu preparāti.
Mērķi:
tehnoloģiju efektivitāte.
PĀRTIKAS PIEDEVAS NO ĢM MIKROORGANISMIEM
Kopš 1985. gada – rekombinanatie produkti
pārtikas rūpniecībā: baktēriju himozīns (renīns)
PĀRTIKAS PIEDEVAS NO ĢM MIKROORGANISMIEM
• Vitamīns B2 (krāsviela, riboflavīns E 101), C
vitamīns (konservants, askorbīnskābe E 300);
• Biezinātājs, ksantāns (E 415), skābuma
regulators, citronskābe (E 330);
• Konservants, natamicīns (E 235), nizīns (E 234),
lizocīms (E 1105);
• Aminoskābes pārtikā un lopbarībā, piem.,
glutamīnskābe garšas pastiprināšanai (E621),
saldviela aspartāms (E 951), cisteīns miltu
apstrādei (E 921);
• Siera darīšanai, maizes raudzēšanai, alkaholisko
un bezalkaholisko dzērienu izgatavošanai, cietes
šķelšanai un sīrupu iegūšanai izmatojamie enzīmi
FUNKCIONĀLĀ PĀRTIKA NO ĢM MIKROORGANISMIEM
Pienskābes baktērijas
Lactococcus, Lactobacillus, Leuconostoc,
Pedicoccus, Streptococcus, grampozitīvas /
sporas neveido, pienskābe kā metabolisma
reksturīgs produkts.
Piena, gaļas, dārzeņu produktu tehnoloģijas,
funkcionālie pārtikas produkti
Izpētītākie pārstāvji: Lactobacillus lactis
(sekvenēts genoms)
Vektori: atspoles vektori starp
enterobaktērijām un pienskābes grupas
baktērijām
Pienskābes baktērijas
Pienskābes baktērijas
Nizīna inducētā laktobaciļu lizes sistēma
Pienskābes baktērijas
NICE (nizīna inducēto) sistēmas priekšrocības:
(1) tā ir dauzveidīga un nodrošina lineāru induktora
dozas un sintezētā produkta sasitību;
(2) tai ir zemas izmaksas, tādēļ, ka inducēšanai var
izmatot nizīnu sintezējoša celma supernatantu;
(3) tā atbilst pārtikas prasībām, jo visi komponenti
nāk no L. lactis;
(4) tā dod augstu ekspresijas līmeni pat toksiskiem
proteīniem;
(5) to var izmantot gram-pozitīvās baktērijās;
(6) to var lietot mazu nizīna daudzumu atrašanai
produkcijā.
Galvenās GM baktēriju produktu grupas
ĢM PĀRTIKAS VEIDI
ĢM DZĪVNIEKI
Nozīmīgākie procesi:
no farming uz pharming ; klonēšana.
Izmantojamie organismi un produkti:
visbiežāk govis un jaunus proteīna veidus saturošs
piens; perspektīvā: dzīvnieki ar iznīcinātu prionu
proteīnu gēnu.
Mērķi:
funkcionāla (terapeitiska) pārtika, pārtikas drošība.
Transgēnu dzīvnieku iegūšana
Transgēnie dzīvnieki tiek iegūti, izmantojot trīs
metodes:
1. Gēnu mikroinjekcija apaugļotas olšūnas
pronukleusā,
2. embrionālo cilmes šūnu injekcija blastocistā,
3. apstrāde ar retrovīrusiem.
http://www.ag.uiuc.edu/~vista/html_pubs/irspsm91/transfor.html
Transgēnu dzīvnieku iegūšana
Pirmo metodi plaši izmanto transgēnu peļu
iegūšanai. Pēc mikroinjekcijas no peles izņem
nesen apaugļotus vienšūnas embrijus. šim
nolūkam izmanto mikromanipulatorus un īpaši
aprīkotu mikroskopu. Ar speciālu pipeti un
vakuma palīdzību embriju fiksē, un tās
pronukleusā ar kapilāru adatu ievada klonējamo
DNS. Pēc tam embrijus pārnes aizvietotājmātēs,
kuras tos iznēsā. 1 – 4 % no injicētajiem
embrijiem dod transgēnus pēcnācējus.
Zigotas veidošanās
Olšūnas ietver
apvalki:
vitelīna
membrāna
(zona pellucida
zīdītājdzīvniekiem) un
folikulāro šūnu
slānis (corona
radiata
zīdītājdzīvniekiem).
bartleby.com/ 107/5.html
Transgēnu dzīvnieku iegūšana
Agrīnā embrioģenēze
Agrīnā embrioģenēze
Oocīts > Zigota > Blastomers/Pāršūnu stadijas >
Morula > Blastocists > Gastrula > Embrijs
Transgēnu dzīvnieku iegūšana
Otrā metode. No blastocista (dažas dienas pēc
apaugļošanas) iegūst embrionālās cilmes (EC)
šūnas. Tās var audzēt neierobežoti ilgi laboratorijā
un tās nezaudē spēju augt un diferencēties par
jebkuru dzīvnieka audu tipu, veidot veselu jaunu
dzīvnieku. EC šūnas in vitro transformē ar
svešajiem gēniem un ar mikroinjekciju ievada citā
blastocistā. Aizstājējmātes iznēsā dzīvniekus, kurus
veido divu dažādu tpu šūnas, transgēnās un
parastās. Ja transgēnās EC šūnas ir veidojušas
dzīvnieku spermatozoīdu vai olšūnu priekštečus –
šadu dzīvnieku pēcteči visi būs transgēni.
EC ŠŪNAS
EC ŠŪNAS
Transgēnu dzīvnieku iegūšana
Trešā metode – ar retrovīrusu palīdzību
“FARMING” VIETĀ “PHARMING”
Perspektīvie
preparāti
AAT
Pielietojums
tPA
Faktors VIII
Hemoglobīns
Laktoferīns
CFTR
Cilvēka C
proteīns
Alfa-1-antitripsīns,
iedzimts
deficīts
izraisa
emfizēmu.
Audu plazminogēna aktivators, asins sarecēšanas
kontrole.
Asins recēšanas faktors, hemofīlijas ārstēšana.
Asins olbaltumviela asins pārliešanas preparātos.
Bērnu barības piedeva.
Cistiskās fibrozes transmembrānu vadītspējas
regulators, CF ārstēšana.
Antikoagulants, trombu šķīdināšna.
http://www.nal.usda.gov/bic/Education_res/iastate.info/bio10.html
“FARMING” VIETĀ “PHARMING”
Preparāts
AAT
tPA
Faktors VIII
Faktors IX
Hemoglobīns
Laktoferīns
CFTR
Cilvēka C
proteīns
Dzīvnieks
aita
kaza
aita
aita
cūka
govs
aita
cūka
Peļņa/Dzīvnieks/
gadā (USD)
15,000
75,000
37,000
20,000
3,000
20,000
75,000
1,000,000
GM DZĪVNIEKU PIENĀ SINTEZĒTIE PROTEĪNI
Grūtniecības laiks, mēneši
Dzimumbrieduma sasniegšanas laiks, mēneši
Laiks no transgēna indukcijas līdz pirmajai
dabiskajai laktācijai, mēneši
Pēcnācēju skaits
Piena produkcija, kg/gadā
Neattīrīts rekombinantais proteīns, kg/mātīte
x gads
Vidēji no 2 - 3 laktācijām gadā
Vidēji no 2 laktācijām gadā
Trusis
1
5
Cūka
4
6
Aita
5
8
Kaza
5
8
Govs
9
15
7
16
18
18
33
8
10
1–2
500
1–2
800
1
8000
2,50
4,00
40,00
a
4–5
0,02
b
300
1,50
Cūkas, kas siekalās ekspresē baktēriju enzīmu
fitāzi izdala vidē ap 75% mazāk fosfātu nekā
parastās cūku šķirnes, tādejādi ievērojami
samazinot lopkopības radīto piesārņojumu.
Golovan SP, Meidinger RG, Ajakaiye A, Cottrill M, Wiederkehr MZ, Barney
DJ, Plante C, Pollard JW, Fan MZ, Hayes MA, Laursen J, Hjorth JP,
Hacker RR, Phillips JP, Forsberg CW.
Pigs expressing salivary phytase produce low phosphorus manure.
Nat Biotechnol 2001, 19: 741–745.
Fitāts – inozitolheksafosfāts;
Viena no galvenajām fosfora
uzkrāšanas formām augos,
īpaši kviešos. Stiprs helatējošs
savienojums, saista divalentos
katjonus, piem., Ca2+.
Tiek noārdīts atgremotāj dzīvnieku kuņģī, citu
dzīvnieku gremošanas traktā – nē. Baktērijas,
noārdot fitātu fermu atkritumos, piesārņo
notekūdeņus ar fosforu.
Cūkas, kas ekspresē spinātu enzīmu desaturāzi
uzkrāj vairāk nepiesātinātu taukskābju, tādejādi
paaugstinot gaļas kvalitāti.
Saeki K, Matsumoto K, Kinoshita M, Suzuki I, Tasaka Y, Kano K, Taguchi Y,
Mikami K, Hirabayashi M, Kashiwazaki N, Hosoi Y, Murata N, Iritani A.
Functional expression of a Delta12 fatty acid desaturase gene from
spinach in transgenic pigs.
Proc Natl Acad Sci USA 2004, 101: 6361–6366.
Paredzams, ka kazas un govis, kas pienā ekspresēs
tādus baktērijas nonāvējošus proteīnus kā cilvēka
lizocīmu, laktoferīnu un lizostafīnu būs mazāk
jūtīgas pret mastītu. To piens būs izturīgāks pret
bojāšanos baktēriju iedarbībā un to varēs lietot
cilvēki, kas slimo ar bakteriālām infekcijām.
Kerr DE, Plaut K, Bramley AJ, Williamson CM, Lax AJ, Moore K, Wells KD,
Wall RJ.
Lysostaphin expression in mammary glands confers protection against
staphylococcal infection in transgenic mice.
Nat Biotechnol 2001, 19: 66–70.
Murray J, Reh W, Anderson G, Maga E.
Changing the composition of milk to improve human health. In: Transgenic
Animal Research, Conference IV, Tahoe City California, 2003, p 32.
ĢMO PĀRTIKAS RAŽOŠANĀ
Ātri augošs, lēts, “barojošs
un videi draudzīgs”
"AquAdvantage" lasis
Aqua Bounty Technologies, Bostonas priekšpilsēta,
2003. g. oktobrī pieprasījums FDA
ĢMO PĀRTIKAS RAŽOŠANĀ
Sārti fluorescējošas zebru zivtiņas: ir vai nav pārtika ?
Transgēnas vistas
Vistas aug ātrāk nekā aitas un tās var turēt lielā skaitā
salīdzinoši mazās platībās. Vistas olas baltums satur
vairākus gramus proteīna. Līdz šim izmantotas divas
metodes, lai iegūtu vistas, kas nes un ekspresē svešus
gēnus.
1 ) Embrijus inficē ar vīrusa nesēju, kas satur terapijā
izmantojama cilvēka proteīna gēnu un vistas gēna (piem.,
lizocīma) promotera secības, kas nodrošina proteīna
uzkrāšanu olas baltumā.
2) Ar cilvēka gēnu un atbilstošiem promoteriem
transformē gaiļu spermatozoīdus.
Orientējoši dati rāda, ka vistas var producēt līdz 0,1
gramam cilvēka proteīna katrā izdētajā olā
DZĪVNIEKU KLONĒŠANA
DZĪVNIEKU KLONĒŠANA
1997. gada 27.
februārī “Nature”
publicē rakstu par
Dolliju – Finn Dorset
šķirnes aitu, kas
iegūta, sapludinot 6
gadus vecas aitas
tesmeņa šūnas ar
bezkodola Skotu
melngalvainās aitas
oocītu.
DZĪVNIEKU KLONĒŠANA
Dollijas klonēšanu
firmas PPL
Therapeutics Roslin
laboratorijās vadīja
skotu zinātnieks Jans
Vilmuts (Ian Wilmut)
DZĪVNIEKU KLONĒŠANA
DZĪVNIEKU KLONĒŠANA
Transgēnu dzīvnieku iegūšana
OLŠŪNAS TRANSFEKCIJA
DZĪVNIEKU KLONĒŠANA
AP, 24.01.2000, No aizmugurē stāvošā buļla
auss klonētie teļi, Japāna
Natalie S. Rudolph, TIBTECH, SEPTEMBER 1999 (VOL 17)
Terapeitisko proteīnu pasaules gada dozas
ieguvei nepieciešamā ganāmpulka lielums
Proteīns
Doza
(kg/g)
Cilvēka seruma albumīns 100 000
5000
a 1-Antitripsīns
Monoklonālās antivielas
100
Anti-trombīns III
75
Faktors IX
2
Pieņēmumi:
Suga
Dzīvnieku
skaits
Govis
Aitas
Kazas
Kazas
Cūkas
5400
4300
58
43
4
30% dzīvnieku ganāmpulkā nav laktācijas fāzē;
proteīna ekspresijas līmenis ir 5 g/litrā piena;
proteīna attīsrīšanas efektivitāte ir 50%